一种非完全齿轮控制旋转可折叠翼飞行装置

1.发明涉及可动翼飞行器和飞行机器人领域，特别是一种用于无人机的非完全齿轮控制旋转可折叠翼飞行装置。


背景技术：

2.飞行器飞行方式有固定翼、旋翼和扑翼三种飞行类型，旋翼和扑翼都属于可动翼。
3.扑翼飞行是自然界飞行生物采用的飞行方式，主要利用双翅的上下扑动同时产生升力和推力，其主要特点是将举升、悬停和推进功能基于一体，同时具有很强的机动性和灵活性，更适合于执行绕过障碍物等的飞行。对于小尺寸和低速飞行状态的飞行器，属于低雷诺数下飞行，扑翼产生的非定常升力比固定翼的定常升力大得多；从推力方面来看，扑翼推进效率比螺旋桨推进效率高。目前扑翼飞行器研究主要集中在模拟大自然中飞行生物的飞行姿态设计各种扑翼机构。但这些扑翼机构的共同问题是总体气动效率偏低，甚至低于同尺度的固定翼微型飞行器。扑翼飞行器总体效率低下的主要原因是目前研究中大多是简单的仿造鸟类或昆虫翅膀的外形和扑动运动，却很难实现飞行生物扑翼上下扑动过程中利用翼翅自身姿态或结构的改变减小空气阻力并产生非定常气动力，由此产生的气动效率较低问题严重制约了扑翼式飞行器的普及应用。
4.旋翼飞行是以旋翼(包括螺旋桨)的拉力提供飞行器的升力，飞行器的前进拉力来源于旋翼矢量的小角度偏转所产生的水平分量。目前发展迅速的多旋翼小型飞行器的姿态控制和水平运动是靠多旋翼的差动拉力来实现的。旋翼飞行器的特点是具有垂直起降和空中悬停功能，并具有在比较小的区域中飞行的能力。但由于旋翼飞行器的旋翼相对于其旋翼中心轴是不动的，因此前进阻力较大，所以能量消耗大，气动效率偏低，大功率长航时飞行较为困难。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种非完全齿轮控制旋转可折叠翼飞行装置，以目前小型和微型飞行器中存在的气动效率较低的问题。
6.实现本发明目的的技术解决方案为：
7.一种非完全齿轮控制旋转可折叠翼飞行装置，包括：
8.旋转轴，与旋转轴连接的旋转可折叠翼；
9.驱动机构，用于带动旋转轴的转动，从而调整旋转可折叠翼的迎角并带动合页展开和折叠；
10.所述旋转轴上沿径向对称的设有齿轮机构和非完全齿轮传动机构；
11.所述齿轮机构和非完全齿轮传动机构啮合，齿轮机构能够相对旋转轴的轴线回转，并带动非完全齿轮传动机构的转动；
12.所述可折叠翼包括旋转框架，设置在旋转框架内的多个可折叠合页；所述可折叠合页与推杆相连，推杆能够在旋转框架内沿旋转轴的轴线方向移动；
13.非完全齿轮传动机构的转动能够带动推杆的直线移动，从而带动合页在旋转框架的展开和折叠。
14.本发明与现有技术相比，其显著优点是：
15.(1)通过将旋转可折叠翼中的合页设置为连续旋转，保持了旋翼连续旋转的优点，克服了扑翼需要往复运动的弱点。
16.(2)通过齿轮机构和非完全齿轮传动机构控制连续旋转的合页相对于中心旋转轴还可转动，使合页在工作状态时以最大面积迎风运动获得最大气动力，而在待机状态时气流直接从框架处流出从而阻力大大降低，达到提高气动效率的目的，其气动效率远高于现有旋翼和扑翼飞行器。
17.(3)可折叠合页在工作状态与待机状态之间的切换是在齿轮机构和非完全齿轮传动机构控制下自动完成的，不需要复杂的电子控制系统，结构简单且可靠性较好。
18.(4)通过电机和减速器带动合页连续旋转，合页工作状态气流直接作用在其表面上的正压力可同时产生升力和推力，通过电机正反旋转达到控制旋转可折叠翼产生正向推力和反向推力的目的。
附图说明
19.图1是装置的整体结构示意图。
20.图2是装置的详细结构示意图。
21.图3是装置的待机状态详细结构示意图。
22.图4是装置的工作状态详细结构示意图。
23.图5是装置的旋转框架的结构示意图。
24.图6是装置的合页的结构示意图。
25.图7是装置的第一非完全齿轮的结构示意图。
具体实施方式
26.下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。
27.结合图1-图7，本实施例的一种非完全齿轮控制旋转可折叠翼飞行装置，包括旋转可折叠翼、非完全齿轮传动机构、齿轮机构和旋转轴13；
28.所述旋转可折叠翼固定连接在旋转轴13上，旋转可折叠翼包括旋转框架1，以及安装在旋转框架1内的可折叠的多个合页，齿轮机构连接飞行器和非完全齿轮传动机构，非完全齿轮传动机构连接合页，齿轮机构和非完全齿轮传动机构用于控制合页的展开和折叠。
29.所述旋转框架1上下设有两排合页阵列，旋转框架1设置有中心孔101，用于固定安装旋转轴13；旋转框架1上设有固定合页安装孔102和长腰形的活动合页运动孔103；旋转轴13连接飞行器上的减速器11；
30.合页包括铰接在一起可相对转动的固定合页2和活动合页8，固定合页2上有固定合页转轴201，活动合页8上有活动合页转轴801，固定合页转轴201插装在固定合页安装孔102内且可转动，活动合页转轴801插装在活动合页运动孔103内且可移动，移动方向平行于旋转轴13轴向。固定合页转轴201的轴线和活动合页转轴801的轴线都与旋转轴13的轴线正交。
31.旋转轴13径向两端对称的设有齿轮机构，齿轮机构包括相互啮合且轴线平行的从动圆柱齿轮组和主动圆柱齿轮6、齿轮安装块7以及相互啮合且轴线正交的运动锥齿轮 9和固定锥齿轮10，从动齿轮组包括完全相同的第一从动圆柱齿轮5和第二从动圆柱齿轮15，第一从动圆柱齿轮5和第二从动圆柱齿轮15关于上端的直齿条或推杆对称布置。固定锥齿轮10连接在飞行器上且与旋转轴13同轴，运动锥齿轮9插装在旋转轴13上且可相对旋转轴13转动，运动锥齿轮9与固定锥齿轮10啮合，通过固定锥齿轮10可相对旋转轴13做回转运动，主动圆柱齿轮6与运动锥齿轮9同轴且固定在一起，齿轮安装块7套接在旋转轴13上且可相对旋转轴13转动，第一从动圆柱齿轮5和第二从动圆柱齿轮15插装在齿轮安装块7上且可相对安装块7转动；非完全齿轮传动机构包括与推杆3连接的直齿条的以及完全相同的第一非完全齿轮4和第二非完全齿轮14，推杆3插装在旋转框架1上且只能沿旋转轴13的轴线方向移动；活动合页转轴801插装固定在推杆3上；第一非完全齿轮4上设置有有齿部分401、锁止弧402，第一非完全齿轮4 与第一从动圆柱齿轮5同轴且固定在一起，第二非完全齿轮14与第二从动圆柱齿轮15 同轴且固定在一起；非完全齿轮4的有齿部分401与推杆3的直齿条部分相互啮合，锁止弧402不与推杆3的齿条部分啮合。
32.设置在所述飞行器中的所述电动机12可正向旋转也可反向旋转；
33.当所述电动机12正向旋转时，经过所述飞行器中的所述减速器11减速后带动所述旋转轴13连续转动，同时带动所述旋转框架1和连接在所述旋转框架1上的所述传动机构中的合页转动、推杆3直线运动，同时带动所述旋转轴13上的所述运动锥齿轮9 绕所述固定锥齿轮10连续转动，从而带动所述主动圆柱齿轮6旋转，使得所述第一从动圆柱齿轮5和所述第二从动圆柱齿轮15转向一致，当所述第一非完全齿轮4中所述有齿部分401啮合结束后，使得所述合页完全展开，通过控制所述第二非完全齿轮14 的锁止弧位置，使得所述合页能够维持完全展开的状态，当所述第二非完全齿轮14中有齿部分进入啮合后，使得所述合页开始折叠，当所述第二非完全齿轮14中有齿部分啮合结束后，使得所述合页完全折叠，并且在所述锁止弧402的作用下维持折叠状态；
34.当所述第一非完全齿轮4中所述有齿部分401啮合结束后，使得所述合页完全展开，通过控制所述第二非完全齿轮14中所述锁止弧402的位置，使得所述合页能够维持完全展开的状态，所述合页与气流方向垂直，气流直接作用在所述合页上使合页获得最大的气体推动力，气流作用在所述合页上的正压力可分解为升力和推力，此时为工作工况；
35.当所述第二非完全齿轮14中所述有齿部分401进入啮合后，使得所述合页开始折叠，此时为过渡工况；
36.当所述第二非完全齿轮14中所述有齿部分401啮合结束后，使得所述合页完全折叠，并且在所述锁止弧402的作用下维持折叠状态，所述合页上受到的气体阻力最小，此时为待机工况；
37.当所述电动机12反向旋转时，所述合页的运动过程与所述电动机12正向旋转时的过程相反，旋转可折叠翼装置产生气流反推力与所述电动机12正向旋转时反向。
38.设置在飞行器上的电动机12的输出轴安装在减速器11输入孔内；固定合页安装孔 102和活动合页运动孔103沿推杆3轴线方向均匀分布，固定合页安装孔102和活动合页运动孔103的数量均大于1个。无人机采用本发明非完全齿轮控制旋转可折叠翼飞行装置与方法后，由于旋转可折叠翼阻力小、气动效率高，能完成各项检测和拍照工作，相对于旋翼无人
机，在搭载摄影设备等相同的工作载荷后，能够显著的增加飞行时间，实现了较长航时工作。